數(shù)電實(shí)驗(yàn)：門電路

門電路一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握使用示波器測量二進(jìn)制脈沖信號的方法2.掌握測量門電路平均延時時間的方法3.熟悉集成門電路的邏輯功能和測試方法4.用QUARTUSII平臺對組合邏輯電路進(jìn)行仿真，確定其邏輯功能。5.掌握TTL和CMOS與非門的電壓傳輸特性和部分參數(shù)的測試方法；數(shù)電實(shí)驗(yàn)門電路二、實(shí)驗(yàn)器材1.TDS-2002數(shù)字示波器2.DLBS－1型邏輯實(shí)驗(yàn)器數(shù)電實(shí)驗(yàn)門電路三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容必做：1.門電路輸入輸出信號的測量2.門電路平均延時間的測試3.門電路靜態(tài)邏輯功能測試3.CPLD完成組合邏輯電路的仿真選做：1.非門電壓傳輸特性的測試2.TTL與非門的輸入、輸出電流測量數(shù)電實(shí)驗(yàn)門電路動態(tài)邏輯功能測試

1.非門輸入輸出信號的測量

搭接實(shí)驗(yàn)電路，用示波器觀察并記錄Vi和Vo的波形；測量每路信號的6個波形參數(shù)，各個波形參數(shù)的意義如下圖所示：

數(shù)電實(shí)驗(yàn)示波器使用示波器測量周期性信號步驟：a.調(diào)節(jié)示波器使波形顯示穩(wěn)定。

方法一：使用示波器自動設(shè)置功能，點(diǎn)自動設(shè)置菜單（AUTOSET）按鈕，示波器根據(jù)被測信號的頻率關(guān)系自動設(shè)定觸發(fā)菜單各個選項(xiàng)，使波形穩(wěn)定顯示。

數(shù)電實(shí)驗(yàn)自動設(shè)置菜單按鈕示波器使用

方法二：手動調(diào)節(jié)，先點(diǎn)觸發(fā)菜單按鈕，打開觸發(fā)菜單，若測量單路信號，觸發(fā)信號源選擇被測信號所連接的通道。測兩路信號時若兩路信號頻率相同，可將任意一路設(shè)為觸發(fā)信號源，若兩路信號的頻率不同，則必須選擇頻率低的一路信號為觸發(fā)信號源。調(diào)節(jié)觸發(fā)電平調(diào)節(jié)旋鈕，把觸發(fā)電平設(shè)定在觸發(fā)信號的最小值和最大值區(qū)間里的任意一個值即可。

數(shù)電實(shí)驗(yàn)觸發(fā)電平調(diào)節(jié)旋鈕觸發(fā)菜單按鈕觸發(fā)菜單觸發(fā)信號源觸發(fā)電平光標(biāo)觸發(fā)電平指示值示波器使用b.通道菜單設(shè)置分別點(diǎn)CH1和CH2MANU按鈕打開兩個通道通道菜單，耦合方式選擇“直流”，探頭倍率選必須與探頭上衰減開關(guān)所選系數(shù)一致，測頻率低于100K的數(shù)字信號一般選擇1×。通道菜單還有隱藏波形的功能，若我們不想顯示CH2的波形，可以點(diǎn)兩次CH2MANU，這時CH2波形被隱藏，要重新顯示CH2波形，只需再點(diǎn)一次CH2MANU菜單。數(shù)電實(shí)驗(yàn)通道1菜單按鈕通道2菜單按鈕通道1菜單探頭倍率衰減開關(guān)示波器使用c.采樣方式的選擇

減少外界干擾信號對測量值的影響，可使用數(shù)字示波器獨(dú)有的平均值采樣方式點(diǎn)采樣菜單按鈕，打開采樣菜單，選擇“平均值”，平均次數(shù)“128”，這時觀察到的波形變細(xì)了很多。（注意：選擇完采樣方式后不能再按AUTOSET按鈕，否則系統(tǒng)將自動改變采樣方式）數(shù)電實(shí)驗(yàn)采樣菜單按鈕示波器使用d.波形的縮放和移動垂直方向拉伸波形：順時針調(diào)節(jié)垂直靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕，垂直方向每格電壓指示值變小。垂直方向壓縮波形：反時針調(diào)節(jié)垂直靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕，垂直方向每格電壓指示值變大。調(diào)節(jié)過程中，每格電壓×波形垂直占格數(shù)的乘積保持不變上下移動波形：調(diào)節(jié)相應(yīng)通道垂直位移調(diào)節(jié)旋鈕水平方向拉伸波形：順時針調(diào)節(jié)掃描速率調(diào)節(jié)旋鈕，水平方向每格時間指示值變小。水平方向壓縮波形：反時針調(diào)節(jié)掃描速率調(diào)節(jié)旋鈕，水平方向每格時間指示值變大。調(diào)節(jié)過程中，每格時間×波形每周期占格數(shù)的乘積保持不變上下移動波形：調(diào)節(jié)水平位移調(diào)節(jié)旋鈕

（數(shù)電實(shí)驗(yàn)垂直控制面板水平控制面板CH1CH2垂直位移調(diào)節(jié)移旋鈕水平位移調(diào)節(jié)旋鈕CH1CH2垂直靈敏度調(diào)節(jié)移旋鈕掃描速率調(diào)節(jié)旋鈕

CH1垂直方向每格單位電壓CH2垂直方向每格單位電壓水平方向每格單位時間參數(shù)測量e.用測量（MEASURE）菜單測量參數(shù)。要測量的6個參數(shù)中，周期、頻率、正頻寬和峰峰值4個參數(shù)可以通過示波器測量菜單直接讀出。點(diǎn)擊MEASURE按鈕，激活測量菜單，點(diǎn)擊選項(xiàng)1按鈕，打開測量1菜單，“信源”選擇被測信號連接的通道，分別選擇周期、頻率、正頻寬和峰峰值，把測量值記下來。數(shù)電實(shí)驗(yàn)測量菜單按鈕選項(xiàng)1按鈕測量1菜單被測信號通道測量類型測量值參數(shù)測量f.用光標(biāo)（CURSOR）菜單測量VOH和VOL點(diǎn)擊CURSOR菜單按鈕激活光標(biāo)菜單，“類型”選電壓，信源選擇被測信號的接入通道，這時光標(biāo)顏色與被測波形一致，“信源”選錯通道，就會讀出錯誤結(jié)果！分別調(diào)節(jié)兩通道的POSITION旋鈕，將光標(biāo)1移到被測信號高電平重合位置，光標(biāo)2移到被測信號低電平重合位置，“光標(biāo)1”和“光標(biāo)2”讀數(shù)就是VH和VL測量值。光標(biāo)菜單按鈕光標(biāo)菜單測量類型被測信號源光標(biāo)1位置光標(biāo)2位置零電平線位置移動光標(biāo)1和光標(biāo)2位置VOH測量值VOL測量值門電路數(shù)電實(shí)驗(yàn)CH2探頭CH1探頭參數(shù)記錄結(jié)果分析：門電路延時時間測試

2、平均傳輸時間tpd的測試

1）測CD4011延遲時間

原理分析：信號通過任何一個系統(tǒng)都需要時間即傳輸時間，它的大小與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和構(gòu)成電路的器件等因素有關(guān)，本次實(shí)驗(yàn)的電路可以看為一個小系統(tǒng)，通過測量Vi與Vo的前沿延遲tpd1和后沿延遲tpd2就可以算得信號通過該系統(tǒng)總的時間為（tpd1+tpd2)/2，因該系統(tǒng)由4個門構(gòu)成故通過每個門的時間平均值tpd=[（tpd1+tpd2)/2]*(1/4)

數(shù)電實(shí)驗(yàn)門電路延時時間測試數(shù)電實(shí)驗(yàn)CH1CH1CH2門電路延時時間測試連接好電路，調(diào)節(jié)示波器，使Vi、Vo信號穩(wěn)定顯示門電路延時時間測試調(diào)節(jié)兩路波形位置和進(jìn)行垂直方向的縮放，使兩路波形基于示波器中央刻度線上下對稱前沿50%幅度點(diǎn)后沿50%幅度點(diǎn)門電路延時時間測試順時針調(diào)節(jié)掃描速率旋鈕，使兩路波形橫向拉伸，使兩路波形上升沿的時間差顯示明顯，便于測量。掃描速率旋鈕門電路延時時間測試調(diào)出示波器“光標(biāo)”功能，“類型”選擇“時間”，將兩根光標(biāo)分別移動到Vi、Vo過中央刻度線的位置即50%幅度點(diǎn)，從菜單的“增量”讀出前沿延時tpd1的測量結(jié)果門電路延時時間測試調(diào)出兩路波形的下降沿（可利用“TRIGMENU”菜單”中“斜率”的選項(xiàng)——切換為“下降”）；兩路波形下降沿即顯示在示波器屏幕中央，按前面方法讀出后沿延時tpd2,回去把平均延時時間算出來。門電路邏輯功能測試

3.門電路的邏輯功能測量（1）靜態(tài)邏輯測試

1）2輸入與非門74LS00靜態(tài)測試：必須明確與非門邏輯功能：；

，接線如右圖所示，芯片電源引腳必須正確連接。分別輸入A、B可能的輸入變量組合，用邏輯指示燈觀察Y。結(jié)果記錄在真值表中，用理論知識分析結(jié)果正確性。

數(shù)電實(shí)驗(yàn)門電路邏輯功能測試

2）用上述方法分別測量2輸入與非門CD4011、2輸入或門74LS32（）、2輸入或非門74LS02(Y=(A+B)’)、異或門74LS86（）,注意各個門的邏輯功能，接線時按照教材附錄中各芯片管腳排列圖準(zhǔn)確搭接電路，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果并通過理論知識迅速驗(yàn)證結(jié)果的正確性。數(shù)電實(shí)驗(yàn)仿真實(shí)驗(yàn)

4.組合邏輯電路的仿真用QUARTUSII，完成以下電路功能仿真，根據(jù)仿真波形列出真值表并推導(dǎo)出其邏輯表達(dá)式的最簡與-或式。

數(shù)電實(shí)驗(yàn)選做部分1、非門電壓傳輸特性的測量非門電壓傳輸特性曲線是指非門輸出電壓隨輸入電壓變化的曲線。常用的低功耗肖特基系列TTL門（74LS系列）和CMOS非門的電壓傳輸特性接近理想開關(guān)特性。如右圖所示輸入電壓Vi由0V開始連續(xù)遞增，在沒有達(dá)到門檻電平VTH之前，輸入的邏輯變量相當(dāng)于邏輯0，非門的輸出Vo保持高電平。當(dāng)Vi繼續(xù)增加，達(dá)到門檻電平VTH后，Vo翻轉(zhuǎn)為低電平。此時的輸入的邏輯變量相當(dāng)于邏輯1。本實(shí)驗(yàn)使用與非門實(shí)現(xiàn)非門邏輯功能進(jìn)行測試，給它輸入由0V至4V變化的鋸齒波電壓，通過示波器直觀地觀察Vi由0－4V變化時Vi與Vo之間關(guān)系。并從圖中讀出3個主要電壓參數(shù)VOH（輸出高電平電壓）、VOL

（輸出低電平電壓）、VTH（門檻電平、閾值電壓)并記錄下來。數(shù)電實(shí)驗(yàn)選做部分2、操作步驟(1)按簡易鋸齒波發(fā)生器原理圖接線，兩輸入的與非門分別是TTL門74LS00和CMOS門CD4011。(2)接線完成，檢查無誤后，點(diǎn)擊示波器AUTOSET按鈕觀察波形，此時示波器工作在YT方式下，CH1是與非門輸入的近似鋸齒波，（峰峰值必須達(dá)到4伏）CH2是與非門輸出的方波。數(shù)電實(shí)驗(yàn)選做部分將示波器調(diào)節(jié)到XY工作方式(1)先將波形調(diào)穩(wěn)定，分別調(diào)節(jié)兩通道的位移旋鈕，將兩路波形的位移調(diào)為0。此時XY方式的坐標(biāo)原點(diǎn)就位于波形顯示區(qū)的中心點(diǎn)。(2)點(diǎn)擊DISPLAY按鈕，打開顯示菜單，將“格式”設(shè)為“XY”,“持續(xù)”設(shè)為“關(guān)閉”。此時示波器工作在XY作圖的方式，CH1（Vi）對應(yīng)X軸（橫軸），CH2（Vo）對應(yīng)Y軸（縱軸）。分別調(diào)節(jié)CH1和CH2的”VOL/DIV旋鈕，使波形大小適中。數(shù)電實(shí)驗(yàn)選做部分觀察描繪波形，測出特征量坐標(biāo)紙先畫好坐標(biāo)軸，定好刻度，將示波器中的傳輸特性曲線描繪在坐標(biāo)紙上，從曲線中讀出VOH（輸出高電平電壓）、VOL（輸出低電平電壓）

、VTH（閾值電壓)TTL門的VTH為轉(zhuǎn)折區(qū)中點(diǎn)所對應(yīng)的輸入值；CMOS門的傳輸特性近似于理想開關(guān)特性，其VTH的值為轉(zhuǎn)折區(qū)對應(yīng)的輸入的值。上圖中：TTL門的VOH＝2V/div×2.2div=4.4V;VOL＝2V/div×0.1div=0.2VVTH=1V/div×1.1div=1.1V；CMOS門：VOH＝2V/div×2.5div=5V.VOL＝2V/div×0div=0VVTH＝2V/div×1.4div=2.8V數(shù)電實(shí)驗(yàn)VTHVO選做部分3、TTL與非們的輸入輸出電流測量1）TTL與非們導(dǎo)通電流ICC的測量將萬用表表筆接到毫安接孔，功能開關(guān)打到毫安檔最大量程，根據(jù)原理圖搭好電路，根據(jù)初步的測量結(jié)果選擇量程。數(shù)電實(shí)驗(yàn)選做部分接線圖：測得的電流為4個門總的靜態(tài)導(dǎo)通電流。數(shù)電實(shí)驗(yàn)選做部分2）高電平輸入電流IIH測得的結(jié)果是否為0？結(jié)合理論教材74LS00的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。數(shù)電實(shí)驗(yàn)選做部分3）低電平輸入電流IIL注意IIL